Question

8．CO₂ 和CO与我们的社会生活联系相当密切，某化学课题组对此进行了探究．
（1）CO₂可用NaOH溶液吸收得到碳酸盐．若将0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液与0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液等体积混合，则混合后的溶液中c（CO₃^2-）小于c（HCO₃^-）（填“大于”“小于”或“等于”）；0.1mol•L^-1Na₂CO₃ 溶液中c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）[用含c（HCO₃^-）、c（H₂CO₃）的关系式表示]．
（2）常温常压下，饱和CO2 水溶液的pH=5.6，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1．若忽略水的电离及 H₂CO₃ 的第二级电离，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K=4.2×10^-7mol•L^-1．（已知：10^-5.6=2.5×10^-6）
（3）常温下，0.1mol•L^-1NaHCO₃ 溶液的pH大于8，则溶液中c（H₂CO₃）＞c（CO₃^2-）（填“＞”“=”或“＜”），原因是因为NaHCO₃溶液中既存在电离平衡：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，又存在水解平衡：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于电离程度 （用离子方程式和必要的文字说明）．
（4）小李同学拟用沉淀法测定空气中CO₂的体积分数，他查得CaCO₃、BaCO₃的溶度积K_sp分别为4.96×10^-9、2.58×10^-9．小李应该选用的试剂是Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）．
（5）一定条件下，将2molH₂O（g）和2molCO充入容积固定的1L密闭容器中，加热至高温，发生下列可逆反应：2H₂O?2H₂+O₂…①，2CO+O₂?2CO₂…②．请回答下列问题：
①当容器内的压强不再发生改变时，测知下列各项中提供的物理量即可求出该条件下混合气体平衡组成的是B （填序号，K₁指反应①的平衡常数，K₂指反应②的平衡常数）．
A．K₁、K₂ 　B．K₁、c（CO₂） 　C．K₂、c（O₂）
②请在图中，画出反应过程中c（O₂）的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）若将0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液与0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液等体积混合，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子，离子浓度碳酸氢根离子浓度大于碳酸根离子浓度；根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值；
（2）电离平衡常数指弱电解质在一定条件下电离达到平衡时，溶液中电离所生成的各种离子浓度系数次幂的乘积，跟溶液中未电离分子的浓度系数次幂的乘积的比值，则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数K=$\frac{c（{H}^{+}）•c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$；
（3）依据溶液呈碱性，判断碳酸氢根离子水解程度大于电离程度分析判断离子浓度大小；
（4）根据CaCO₃、BaCO₃的溶度积大小可知BaCO₃更难溶，因此令CO₂生成BaCO₃反应更完全；
（5）①两个反应靠O₂联系起来，只要知道O₂和另外任意一种气体的平衡浓度，均可求出混合气体的平衡组成；
②依据化学平衡计算平衡后得到氧气物质的量，结合反应过程画出变化曲线．

解答 解：（1）若将0.1mol•L^-1Na₂CO₃溶液与0.1mol•L^-1NaHCO₃溶液等体积混合，碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子，离子浓度c（CO₃^2-）＜c（HCO₃^-），根据原子守恒和电荷守恒计算c（OH^-）-c（H⁺）的值，根据碳原子守恒得，c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，根据溶液中电荷守恒得：2×c（CO₃^2-）+c（HCO₃^- ）+c（OH^-）=c（Na⁺ ）+c（H⁺ ），c（Na⁺ ）=0.2mol/L，所以c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃），
故答案为：小于；c（HCO₃^- ）+2c（H₂CO₃）；
（2）饱和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5mol•L^-1，
则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数，K=饱和CO₂水溶液的pH=5.6，所以c（H⁺）=10^-5.6=2.5×10^-6mol/L，c（H₂CO₃）=1.5×10^-5 mol•L^-1，
则H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺的平衡常数，K=$\frac{c（{H}^{+}）•c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（{H}_{2}C{O}_{3}）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-6}×2.5×1{0}^{-6}}{1.5×1{0}^{-5}}$=4.2×10^-7 mol•L^-1，
故答案为：4.2×10^-7 mol•L^-1；
（3）因NaHCO₃溶液显碱性，HCO₃^-的水解程度大于自身的电离程度，即NaHCO₃溶液中既存在电离平衡为HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，水解平衡为HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于电离程度，
故答案为：＞；因为NaHCO₃溶液中既存在电离平衡：HCO₃^-?CO₃^2-+H⁺，又存在水解平衡：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，而HCO₃^-水解程度大于电离程度；
（4）根据CaCO₃、BaCO₃的溶度积大小可知BaCO₃更难溶，因此令CO₂生成BaCO₃反应更完全，故可选择Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）作为CO₂的沉淀剂，
故答案为：Ba（OH）₂（或NaOH溶液和BaCl₂溶液）；
（5）①由两个方程式可知，两个反应靠O₂联系起来，只要知道O₂和另外任意一种气体的平衡浓度，均可求出混合气体的平衡组成，当知道H₂O和H₂或CO和CO₂的平衡浓度时，由于两个方程式无法通过O₂建立反应量的关系，所以无法求其混合气体的平衡组成，选项中B符合，
故答案为：B；
②图象分析可知，水反应物质的量2mol-0.75mol=1.25mol，
            2H₂O=2H₂+O₂
起始量（mol） 2      0     0
变化量（mol） 1.25  1.25 0.625
反应后量（mol）0.75  1.25  0.625
结合反应消耗氧气得到，
             2CO+O₂?2CO₂
起始量（mol） 2    0.625    0
变化量（mol） 0.25  0.125   0.25
平衡量（mol） 1.75   0.5     0.25
最后平衡状态压强为0.5mol，图象为：，
故答案为：．

点评 本题考查化学平衡的影响因素分析和计算应用、弱电解质溶液中平衡影响因素分析和PH计算、平衡常数的计算、盐类水解、图象理解应用等知识，题目难度较大，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析能力及化学计算能力，要求学生能根据题目所给信息解题，善于发掘题目信息．